JPH06140709A - Stabilized frequency light source - Google Patents

Stabilized frequency light source

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JPH06140709A
JPH06140709A JP30959692A JP30959692A JPH06140709A JP H06140709 A JPH06140709 A JP H06140709A JP 30959692 A JP30959692 A JP 30959692A JP 30959692 A JP30959692 A JP 30959692A JP H06140709 A JPH06140709 A JP H06140709A
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perot
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Inventor
Hiroto Watanabe
博人 渡辺
Original Assignee
Anritsu Corp
アンリツ株式会社
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Abstract

PURPOSE:To easily obtain a light source having stabilized frequency in the range wider than the conventional one, by selectively stabilizing the frequency of the light outputted from a light source for output to be the frequencies exist ing at a periodical interval which an optical resonator has. CONSTITUTION:A Fabry-Perot resonator 2 receives a light from a reference light source 1, and outputs only the light whose frequency is univocally determined by the resonator length L and the refractive index (n), as a first transmission light. A lock-in amplifier 3b modulates a reference signal, and an error signal corresponding with the difference between the resonance frequency of the Fabry-Perot resonator 2 and the reference frequency of the reference light is detected by synchronous detection with the modulation. The error signal is delivered to a driving means 3d via a PID control part 3c, and resonator length L of the Fabry-Perot resonator 2 is controlled. As the result, the difference between the resonance frequency of the Fabry-Perot resonator 2 and the reference frequency of the reference light is made zero.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、出力する光の周波数を安定化した周波数安定化光源に関する。 The present invention relates to a frequency-stabilized light source the frequency of light stabilized for outputting. 特に半導体レーザの出力光の周波数を広い周波数範囲のうちの一の周波数に安定化して取り出せる周波数安定化光源に係る。 In particular according to the frequency-stabilized light source that can be extracted stabilized to a frequency of the wide frequency range the frequency of the output light of the semiconductor laser.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来、光源が出力する光の周波数を安定化する従来技術として、特開昭63-13749号、特開平1-17 Conventionally, as a conventional technique in which the light source is stabilized the frequency of the output light, JP 63-13749, JP-1-17
7719号及び特開平2-58426 号がある。 There are 7719 No. and JP-A-2-58426. 以下、説明のため、各々第1、第2及び第3の従来技術と称する。 Hereinafter, for purposes of explanation, it referred to as respectively the first, second and third prior art.

【0003】第1の従来技術は、光源の光の周波数安定化そのものが目的であるが、第1及び第2の従来技術は光源の光の周波数の安定化を図ったうえで、さらにマイクロ帯の信号の周波数の安定化を図るのが目的である。 [0003] The first prior art, upon the frequency stabilization itself source of light is the object, the first and second prior art in which to stabilize the frequency of the light source, further micro strip that stabilize the frequency of the signals is an object.

【0004】上記第1、第2及び第3の従来技術は、特定の気体(一般には、透明な容器に閉じこめられた気体の状態で、吸収セル或いはガスセルなどと称されている)にある光源の光を入射するとその気体に固有の周波数を有する光を吸収することを利用して(図7( a) を参照)、その光源から出力される光の周波数がその気体に固有の周波数に一致するようその光源側を制御することにより、光の周波数の安定化を図っている点において、共通している。 [0004] The first, second and third prior art, a light source in a particular gas (typically, in the form of gas trapped in a transparent container, is referred to as absorption cell or gas cell) When incident light by utilizing the absorbing light having a specific frequency to the gas (see FIG. 7 (a)), the frequency of the light output from the light source is matched to the natural frequency to the gas by controlling the light source side so as to, in that thereby stabilizing the frequency of the light, it is common.

【0005】そこで、第2の従来技術の「光の周波数を安定化する」点に着目してみると、図6のような構成で示される。 [0005] Therefore, looking focuses on "to stabilize the frequency of the light" point of the second prior art, represented by the configuration shown in FIG. 以下、その動作を説明する。 Below, the operation thereof will be described. 図6において、 6,
半導体レーザ110 は、発振器106 からの低周波の位相基準信号によって周波数変調された光を発振する。 The semiconductor laser 110, the low frequency phase reference signal from the oscillator 106 oscillates a frequency modulated light. その光は固有の周波数の光を吸収する吸収セル102 を通して光検出器103 で電気信号に変換される。 The light is converted into an electrical signal by a photodetector 103 through absorption cell 102 which absorbs light of a specific frequency. その電気信号はロックインアンプ104 によって前記位相基準信号を基準にして同期検波される。 The electric signal is synchronously detected based on the phase reference signal by a lock-in amplifier 104. PID制御部105 は、ロックインアンプ104で同期検波された信号を受けて、その同期検波された信号が一定になるように(図7参照)、加算器 PID controller 105 receives the synchronous detected signal by the lock-in amplifier 104, so that the synchronous detection signal becomes constant (see FIG. 7), the adder
107 を介して半導体レーザ100 の駆動電流を制御している。 And it controls the driving current of the semiconductor laser 100 through 107. このように制御されて、周波数の安定化された光は、分岐手段101 によって取り出される。 Thus controlled, the light stabilized frequency is taken out by a branch unit 101.

【0006】したがって、上記従来技術の問題点としては、その構成、動作からして、ある特定の一周波数に安定化された光を得ることはできるが、別な周波数、例えば先に安定化した周波数からさらに100GHz離れた周波数で安定化させたい場合、吸収セル10そのものを新たな吸収セルを用意して、交換しなくてはならなかった。 Accordingly, the problems of the prior art, its structure, and the operation, although it is possible to obtain light stabilized to a particular frequency, stabilized to another frequency, for example, previously If you want to stabilize in addition 100GHz away frequency from the frequency, the absorption cell 10 itself to prepare a new absorption cell, had to be replaced.

【0007】これをある範囲で解決するものとして、オフ・セット・ロック法と呼ばれるものがあり、その概略構成を図8に示す。 [0007] In order to solve the extent that this has what is called an off-set locking method, showing the schematic configuration thereof in FIG. 図8において、マスター半導体レーザ116 、分岐手段101 、吸収セル102 、光検出器103 、 8, the master semiconductor laser 116, branching means 101, absorption cell 102, the photodetector 103,
ロックインアンプ104 、PID制御部105 、発振器106 Lock-in amplifier 104, PID controller 105, an oscillator 106
及び加算器107 からなる構成は、上記図6の構成で示される従来技術と同様に、吸収セル102 で決定される固有の周波数に安定化した光を出力する。 And configuration consisting of the adder 107, as in the prior art represented by the structure of FIG 6, and outputs a light stabilized specific frequency determined by the absorption cell 102.

【0008】その安定化された光の一部は、分岐手段10 [0008] Some of the stabilized light branching means 10
1 から合成手段110 に入射され、スレーブ半導体レーザ Incident from 1 to combining means 110, the slave semiconductor laser
108 からの光と合成されて、光検出器111 に入射される。 It is combined with light from the 108, and enters the photodetector 111. 光検出手段111 は、分岐手段101 から光の周波数とスレーブ半導体レーザ108 からの光の周波数との差の周波数を有する電気信号を出力する。 Light detecting means 111 outputs an electrical signal having a frequency difference between the frequency of the light from the frequency and the slave semiconductor laser 108 of the light from the branching unit 101. 位相比較器114 は、 The phase comparator 114,
前記差の周波数を有する電気信号がプリスケーラ112 で例えば分周されてきた信号の周波数と基準発振器113 からの安定な基準周波数を比較し、その差に応じた電圧をPID制御部115 に出力して、スレーブ半導体レーザ10 Comparing the stable reference frequency from the signal frequency and the reference oscillator 113 which electrical signals have been divided for example a prescaler 112 having a frequency of the difference, and outputs a voltage corresponding to the difference to the PID controller 115 , the slave semiconductor laser 10
8 の駆動電流を制御せしめる。 Allowed to control the 8 of the drive current.

【0009】この結果、スレーブ半導体レーザ108 から出力される光の周波数は、基準発振器113 の電気信号の周波数に依存する。 [0009] As a result, the frequency of the light output from the slave laser 108 is dependent on the frequency of the electrical signal of the reference oscillator 113. つまり、スレーブ半導体レーザ108 That is, the slave semiconductor laser 108
からの光は、基準発振器の周波数を変えることにより、 Light from, by changing the frequency of the reference oscillator,
任意の周波数で安定した周波数を有することが可能である。 It is possible to have a stable frequency at any frequency.

【0010】 [0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記オフ・セット・ロック法といわれる従来技術にも、スレーブ半導体レーザ108 からの光が安定して得られる周波数の範囲には限度があった。 [SUMMARY OF THE INVENTION However, in the prior art which are said to the off-set locking method, the range of frequencies where the light from the slave semiconductor laser 108 can be stably obtained had limits. その周波数の範囲は、主として図8 Range of frequencies, mainly 8
における光検出器111 から位相比較器114までの電気的構成で、実用的に動作できる周波数で決まってしまう。 In an electrical arrangement from the photodetector 111 until the phase comparator 114, it is determined in accordance with the practical operating frequency can be.
例えば、光検出器111 で動作可能な周波数の限度は高くてもせいぜい30GHzである。 For example, operable frequencies limits the photodetector 111 is at most 30GHz be higher.

【0011】 [0011]

【発明の目的】本発明の目的は、光が安定して得られるた周波数の範囲が光領域で決定される構成にすることにより、上記オフ・セット・ロック法といわれる従来技術で達成される範囲を越えた周波数で安定化できる周波数安定化光源を提供することにある。 An object of the present invention is an object of the invention, by a configuration in which the range of frequencies that light is stably obtained is determined in the optical domain, is achieved in the prior art which are said to the off-set lock method range can be stabilized at a frequency in excess of is to provide a frequency-stabilized light source.

【0012】 [0012]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成するために、次のような主要手段を備えた。 Means for Solving the Problems The present invention to achieve the above object, comprising a main unit as follows. 光を透過する透過周波数が周期的な透過特性を有する光学共振器を用いる。 Transmission frequency that transmits light using an optical resonator having a periodic transmission characteristic. 光学共振器の効果的な具体的一例としては、その構造寸法から定まる共振器長L及び屈折率で一義的に透過特性が決まるファブリペロー共振器がある。 The effective specific example of the optical resonator, there is a Fabry-Perot resonator uniquely transmission characteristics in the resonator length L and the refractive index determined from the structure size is determined. 基準光源からの光の安定な特定周波数になるように光学共振器の透過周波数(又は透過特性)を制御して安定化する手段。 It means for stabilizing and controlling the optical resonators of the transmission frequency (or transmissive properties) to be a stable specific frequency of light from the reference light source. なお、安定化された基準光源は、例えば上記従来技術で構成できる。 The reference light source is stabilized, for example be configured in the conventional art. 次に、光学共振器が有する所定間隔の周波数を透過する特性を利用し、その所定間隔の周波数のいずれかに安定化したい光源の出力光の周波数を合わせる手段。 Then, utilizing the property of transmitting the frequency of the predetermined interval in which the optical resonator has, adjust the frequency of the output light of the light source to be stabilized at any frequency in the predetermined interval means.

【0013】具体的には、次のような構成とした。 [0013] More specifically, it was constructed as follows. なお、説明を分かりやすくするため光学共振器を、ファブリペロー共振器に代えて説明する。 Incidentally, an optical resonator for ease of explanation, instead of the Fabry-Perot resonator. 基準光源は、安定な周波数を有する基準光をファブリペロー共振器へ出力する。 Reference light source outputs a reference light having a stable frequency to the Fabry-Perot resonator. ファブリペロー共振器は、その基準光を受けてその透過特性に応答した第1の光(第1の光は、ファブリペロー共振器に基準光を入射したときの透過光又は反射光を利用できる)を出力する。 Fabry-Perot resonator, the first light in response to the transmission characteristics by receiving the reference light (first light may utilize transmitted light or reflected light when the incident reference light to the Fabry-Perot resonator) to output. 共振安定化手段は、第1の光を受けてファブリペロー共振器の透過周波数を前記基準光の周波数になるようにファブリペロー共振器を駆動して、制御する。 Resonance stabilization means, the transmission frequency of the Fabry-Perot cavity receiving the first light by driving a Fabry-Perot resonator so that the frequency of the reference light is controlled. 詳しく言えば、ファブリペロー共振器の共振器長Lを変化せしめる。 In detail, it allowed to change the cavity length L of the Fabry-Perot resonator.

【0014】所望の周波数に安定化したい出力用光源の出力光を、周波数が基準光の周波数に安定化されたファブリペロー共振器に入射し、その透過特性に応答した第2の光(第1の光と同様に、透過光又は反射光が利用可能である)を得る。 [0014] The desired output light of the output light source to be stabilized in frequency, incident on the Fabry-Perot resonator whose frequency is stabilized to the frequency of the reference light, a second light in response to the transmission characteristics (the first the like the light, transmitted light or reflected light) after purification available. この第2の光を受けた同調制御手段は、ファブリペロー共振器が透過可能な複数周波数のうち一の周波数に出力光がなるように出力用光源を制御する。 The second tuning control means receiving the light, the Fabry-Perot resonator to control the output light source such that the output light becomes one frequency among the plurality of frequencies that can be transmitted.

【0015】 [0015]

【作用】この発明によれば、出力光源は、光学共振器、 SUMMARY OF] According to the present invention, the output light source, an optical resonator,
例えばファブリペロー共振器が透過特性として有する所定間隔の周波数の何れかを選択して安定化した周波数の光を出力することができる。 For example it is possible to Fabry-Perot resonator for outputting a light with a frequency stabilized by selecting one of the frequency of the predetermined interval with a transmission characteristic.

【0016】 [0016]

【第1実施例】図1(a)に本発明の一実施例である第1実施例の構成を示す。 Shows the configuration of the first embodiment which is an embodiment of the present invention the first embodiment] FIG. 1 (a). 図1(a)で、基準光源1は、 In FIG. 1 (a), reference light source 1,
周波数がすでに既知で安定化した基準光を出力する。 Frequency already outputs the reference light stabilized with known. 基準光源1の構成は、例えば図6で示した従来技術で達成できる。 Structure of the reference light source 1 can be achieved in the prior art shown in FIG. 6, for example. 図6の構成で安定化した光を分岐手段で分岐して取り、基準光として図1(a)のファブリペロー共振器2へ入射すればよい。 It takes the light stabilized in the configuration of FIG. 6 branching off at the branching unit may be incident to the Fabry-Perot resonator 2 shown in FIG. 1 (a) as the reference light. また、図1(a)の位相基準信号も図6の発振器106 から分けて出力すればよい。 The phase reference signal may also be output separately from the oscillator 106 of FIG. 6 in FIG. 1 (a). なお、基準光源1は、特定の安定な一周波数が得られればよいので、図6の従来技術のものに限らない。 The reference light source 1, so only needs to be obtained a particular stable first frequency is not limited to the prior art of FIG.

【0017】ファブリペロー共振器2は、光を透過する透過周波数(ファブリペロー共振器2においては、共振周波数に相当するので、以下共振周波数と言う)が周期的な透過特性を有する光学共振器の一例である。 The Fabry-Perot resonator 2, the transmission frequency that transmits light (in Fabry-Perot resonator 2, it is equal to the resonance frequency, hereinafter referred to as the resonance frequency) of the optical resonator having periodic transmission characteristics it is an example. ファブリペロー共振器2は、基準光源1からの光を受けてその共振器長L及び屈折率nで一義的にきまる周波数を有する光のみ第1の透過光として出力する。 Fabry-Perot resonator 2 outputs optical only as a first transmitted light having a frequency determined uniquely by the resonator length L and the refractive index n receives light from the reference light source 1. ファブリペロー共振器2は、図1(a)では例えば中が空胴で共振器長Lの石英ガラスで構成されているので、その屈折率がn Fabry-Perot resonator 2, since the medium for example in FIGS. 1 (a) is composed of quartz glass in the resonator length L in the cavity, a refractive index n
とすれば、フリースペクトルレンジ(FSR)が2nL If, free spectral range (FSR) is 2nL
毎に周期的に決まる広い周波数帯域にわたって共振する。 Resonate over a wide frequency band determined periodically for each. そのファブリペロー共振器2の透過特性の一例を図2に示す。 An example of transmission characteristics of the Fabry-Perot resonator 2 shown in FIG. なお、ファブリペロー共振器2の共振周波数は、例えば0.35ppm/℃ぐらいの温度変化を有する。 The resonance frequency of the Fabry-Perot resonator 2 has a temperature variation of about for example 0.35 ppm / ° C..
したがって、その透過周波数を基準光の周波数に正確に一致させて、常に安定化する必要がある。 Thus, the transmitted frequency exactly match the frequency of the reference light, it is necessary to always stabilize.

【0018】共振安定化手段3は、具体的にこの例では、第1の光検出器3a、ロックインアンプ3b、PI The resonance stabilization means 3, in the specific example, the first optical detector 3a, the lock-in amplifier 3b, PI
D制御部3c及び駆動手段3dで構成される。 D consists of the control unit 3c and the driving means 3d. 第1の光検出器3aは、ファブリペロー共振器2が出力する第1 First photodetector 3a is a Fabry-Perot resonator 2 outputs 1
の透過光を電気信号に変換する。 Converting the transmitted light into an electric signal. なお、本発明では、ファブリペロー共振器2に基準光を入射したとき得られるその透過特性に応答した第1の光としては、その透過光又は反射光を利用できるが、この実施例では、透過光を利用し、第1の透過光とする。 In the present invention, the first light in response to the transmission characteristics obtained when the incident reference light to the Fabry-Perot resonator 2, can utilize the transmitted light or reflected light, in this embodiment, the transmission using light, a first transmitted light.

【0019】ロックインアンプ3bは、基準信号に変調をかけておいてそれとその変調と同期して検波して、ファブリペロー共振器2の共振周波数と基準光の基準周波数との差に応じた誤差信号を検出しする。 The lock-in amplifier 3b is, by detecting and keep over the modulated reference signal in synchronism therewith and its modulation, error corresponding to the difference between the reference frequency of the resonance frequency and the reference light of the Fabry-Perot resonator 2 to detect the signal. そして、その誤差信号をPID制御部3cを介して駆動手段3dへ出力して、ファブリペロー共振器2の共振器長Lを制御せしめ、結果的に、ファブリペロー共振器2の共振周波数と基準光の基準周波数との差がゼロになるようにする。 Then, and outputs the error signal to the drive means 3d via the PID controller 3c, allowed control the resonator length L of the Fabry-Perot resonator 2, and consequently, the resonant frequency of the Fabry-Perot resonator 2 and the reference light the difference between the reference frequency is set to be zero.

【0020】PID制御部3cは、一般的に帰還ループに用いられる積分器及び増幅器等からなり、ファブリペロー共振器2、第1の光検出器3a、ロックインアンプ3b、PID制御部3c及び駆動手段3dからなる帰還ループの応答特性を決定している。 The PID controller 3c is generally integrator and consists amplifier or the like is used in a feedback loop, the Fabry-Perot resonator 2, a first optical detector 3a, the lock-in amplifier 3b, PID control unit 3c and the drive and determines the response characteristics of the feedback loop comprising means 3d.

【0021】駆動手段3dの構成は、例えば電歪素子で構成され、入力される誤差信号に応じてファブリペロー共振器2の共振器長Lを機械的に制御する。 The structure of the driving unit 3d includes, for example, a electrostrictive element, mechanically controlling the resonator length L of the Fabry-Perot resonator 2 according to the error signal input. なお、駆動手段3dは熱的にファブリペロー共振器2の共振器長L The drive unit 3d is the cavity length of the thermally Fabry 2 L
を制御するものであってもよい。 Or may be controlled. 特に、空胴でない石英ガラス板を用いたファブリペロー共振器を使用する場合は、熱的に共振器長Lを制御できる駆動手段、例えば、 In particular, the air when using a cylinder Fabry-Perot resonator having a quartz glass plate not is thermally driving means capable of controlling the resonator length L, such as
電子冷却素子(ペルチェ)、ヒータが便利である。 Electronic cooling device (Peltier), the heater is convenient.

【0022】出力用光源4は、目的の出力光を得るための光源であって、例えばここでは、半導体レーザで構成され、その駆動電流を変えることによりその周波数を可変できるものである。 The output light source 4 is a light source for obtaining the output light of the object, for example, here, it is a semiconductor laser, but capable of changing its frequency by changing the driving current. 出力用光源4は、波長可変光源であればよいので、熱的に温度を可変して出力光の周波数を可変するものであってもよい。 Output light source 4, so may be a variable wavelength light source, thermally variable temperature to the frequency of the output light may be configured to variably. したがって、ここでは、出力用光源4は周波数可変手段を内蔵しているものとする。 Accordingly, here, the output light source 4 is assumed to be a built-in frequency varying means. この出力光源4からの出力光は、分岐手段6で分岐され、一方の出力光を外部へ出力するために用い、 The output light from the output light source 4 is branched by branching means 6, used for outputting one of the output light to the outside,
他の出力光はファブリペロー共振器2へ入射される。 Other output light is incident to the Fabry-Perot resonator 2.

【0023】同調制御手段5は、第2の光検出器5a、 The tuning control means 5, the second optical detector 5a,
比較手段5d及びPID制御部5Cからなる。 Consisting comparing means 5d and the PID controller 5C. なお、P In addition, P
ID制御部5C は、PID制御部3C と同一機能である。 ID control unit 5C is a PID controller 3C same function. 第2の光検出手段5aは、出力光が入射されることによってファブリペロー共振器2から出力される第2の透過光を電気信号に変換して出力する。 Second photodetection means 5a is an output light is being output into an electric signal the second transmitted light output from the Fabry-Perot cavity 2 by the incident. 比較手段5b Comparison means 5b
は、第2の光検出手段5aからの信号の大きさと基準電圧の大きさとを比較し、それらの差に対応した大きさの誤差信号を出力用光源に出力して、出力用光源4の駆動電流を制御して、その誤差信号をゼロにするようにする。 Compares the magnitude of the magnitude and the reference voltage signal from the second photodetector means 5a, and outputs the output light source an error signal having a magnitude corresponding to their difference, the driving of the output light source 4 by controlling the current, so as to the error signal to zero.

【0024】その結果、出力光源4からの出力光の周波数は、基準電圧の大きさによってファブリペロー共振器2の2nL間隔で存在する共振周波数(図2参照)の何れかに共振するように選択的に決定され、かつ選択された共振周波数になるように制御される。 The selection result, the frequency of the output light from the output light source 4, to resonate in one of the resonance frequency (see FIG. 2) present in 2nL intervals of the Fabry-Perot resonator 2 by the magnitude of the reference voltage to be determined, and is controlled to be selected resonant frequency. なお、上記例では、比較手段5dの基準電圧を可変して調整できる。 In the above example, it can be adjusted by varying the reference voltage of the comparator means 5d. それは、図2の縦軸の透過光強度のピークのどのレベルに調整することであって、横軸の2nL間隔で存在する共振周波数のどれを選択するかは、出力用光源に内蔵される周波数可変手段による。 Frequency It is a by adjusting any level of the peak of the transmitted light intensity of the vertical axis of FIG. 2, The choice of which of the resonant frequencies present in 2nL interval of the horizontal axis, which is incorporated in the output light source by the variable means.

【0025】なお、同調制御手段5の中でも比較手段5 [0025] It should be noted that the comparison among the tuning control means 5 means 5
dの代わりにロックインアンプ5bを用いたものとか、 Toka those using a lock-in amplifier 5b instead of d,
電気的構成は従来から種々のものがあるので、この例に限らない。 As the electrical configuration is a conventionally various, not limited to this example. その例を図1(b)に示す。 The example shown in FIG. 1 (b). 動作は、共振安定化手段3内の第1の光検出器3a、ロックインアンプ3b及びPID制御部3cと同様であるので、説明を省略する。 Since the operation, the first light detector 3a of the resonance stabilization means 3 are the same as the lock-in amplifier 3b and the PID control unit 3c, the description thereof is omitted.

【0026】図2の動作は、上記構成とともに説明されているが、その一連の動作の主要をまとめると次のようになる。 The operation of FIG. 2 has been described with the above configuration, the following summarized key of the series of operations. 基準光源の準備段階 安定した周波数の基準光をファブリペロー共振器2へ入射する。 Incident reference light preliminary stable frequency reference source to the Fabry-Perot resonator 2. ファブリペロー共振器2を安定化させる段階 共振安定化手段3は、ファブリペロー共振器2が基準光を透過した第1の透過光を、電気信号に変換後に、基準光(或いは第1の透過光)の周波数とファブリペロー共振器2の共振周波数との差を検出し、その差がゼロになるようにファブリペロー共振器2の共振器長Lを変化させる。 Stage resonance stabilization means stabilizing a Fabry-Perot resonator 2 3 a first transmitted light Fabry 2 is transmitted through the reference light, after conversion into an electrical signal, the reference light (or the first transmitted light detecting a difference between the resonance frequency of the frequency and the Fabry-Perot resonator 2), the difference is to change the resonator length of the Fabry-Perot resonator 2 L to be zero. 周波数可変な出力用光源を準備する段階 出力用光源の一部を外部へ取り出すとともに、他の一部を周波数制御用としてファブリペロー共振器2へ入射させる。 Takes out a part of the light source stage output of preparing a variable frequency output for the light source to the outside, so that it is incident on the Fabry-Perot resonator 2 portions of the other for the frequency control. 出力用光源の出力光の周波数を安定化する段階 同調制御手段5は、ファブリペロー共振器2が一部の出力光を透過した第2の透過光を、電気信号に変換後に、 Stage tuning control means (5) for stabilizing the frequency of the output light of the output light source, the second transmitted light which Fabry-Perot resonator 2 is passed through the part of the output light, after conversion into an electric signal,
出力光の周波数がファブリペロー共振器2の所定の間隔(2nL)で有する共振周波数の1つに同調するように出力用光源の周波数を調整する。 Frequency of the output light to adjust the frequency of the output light source to tune to one of the resonant frequency having a predetermined interval of the Fabry-Perot resonator 2 (2nL).

【0027】したがって、この発明の構成の特徴として、次のことが言える。 [0027] Thus, as a feature of the arrangement of the present invention, the following can be said. a) ファブリペロー共振器2と2つの安定化のための負帰還ループを介して、出力光の周波数を基準光の周波数を基準に安定化を図っていること。 a) a Fabry-Perot resonator 2 and through the negative feedback loop for two stabilizing, and to stabilize it to the frequency of the output light based on the frequency of the reference light. b) 出力光の周波数は、ファブリペロー共振器2の共振器長Lで一義的に、かつ周期的に決まる周波数を選択できる自由度がある。 b) the frequency of the output light is uniquely in the resonator length L of the Fabry-Perot cavity 2, and there is freedom to choose the frequency determined periodically.

【0028】なお、出力用光源4の出力光は、図2で示されるようなファブリペロー共振器2の周期的な透過特性の一の周波数に同調される。 [0028] The output light of the output light source 4 is tuned to a frequency of the periodic transmission characteristics of the Fabry-Perot resonator 2 as shown in Figure 2. そこで、図2で2nLを例えば共振器長L=15mm、屈折率n=1に設計すれば、2nL=10GHzになるので、出力用光源4の出力光は、10GHz間隔で存在する共振周波数のいずれかの周波数に安定化できる。 Therefore, by designing the 2nL in FIG. 2, for example the resonator length L = 15 mm, the refractive index n = 1, since the 2nL = 10GHz, the output light of the output light source 4, any resonant frequencies present at 10GHz intervals It can be stabilized to Kano frequency. この場合、10GHz間隔で存在する共振周波数の範囲は、容易に100GHzを越える。 In this case, the range of the resonance frequency which is present at 10GHz intervals, easily exceeding 100 GHz.

【0029】 [0029]

【第2実施例】ファブリペロー共振器2が入射してきた光を透過する特性は、図2に示される透過特性であることは、先に説明したが、ファブリペロー共振器2が入射してきた光を反射する特性も、図2の透過特性に応答して、その逆の性質を示す。 Characteristics [second embodiment] Fabry-Perot resonator 2 is transmitted through the light entering, it is a transmission characteristic shown in FIG. 2, the light has been described above, the Fabry-Perot resonator 2 has entered property of reflecting also in response to the transmission characteristic of FIG. 2 shows the nature of the reverse. したがって、ファブリペロー共振器2の透過特性に応答して透過する透過光を利用した第1実施例に対して、ファブリペロー共振器2の透過特性に応答して反射する反射光を利用しすることもできる。 Accordingly, the first embodiment utilizing the light transmitted in response to the transmission characteristics of the Fabry-Perot resonator 2, to utilize the reflected light reflected in response to the transmission characteristics of the Fabry-Perot resonator 2 It can also be.

【0030】その反射光を利用した実施例を第2実施例で説明する。 [0030] will be described an embodiment that utilizes the reflected light in the second embodiment. 第2実施例の構成を図3に示す。 The configuration of the second embodiment shown in FIG. これは、 this is,
基準光源1のからの出力光をファブリペロー共振器2へ入射し、そのファブリペロー共振器2からの反射光を分岐手段7で取り出して、共振安定化手段3を構成しているものである。 The output light from the reference light source 1 to entering into the Fabry-Perot resonator 2, the reflected light from the Fabry-Perot resonator 2 is taken out by the branch unit 7, it is what constitutes a resonance stabilization means 3. 他の構成、動作は、第1実施例と同一である。 Other configurations, operation is the same as the first embodiment.

【0031】同様に、同調制御手段5の構成も、出力光がファブリペロー共振器2へ入射したときの反射光を利用して、構成できる(図は省略)。 [0031] Similarly, construction of the tuning control means 5, by utilizing the reflected light when the output light is incident on the Fabry-Perot resonator 2 can be configured (figure omitted).

【0032】 [0032]

【第3実施例】第1及び第2実施例が、ファブリペロー共振器2に基準光及び出力光を異なる光路で入射させ、 [Third Embodiment] The first and second embodiments, is incident on the Fabry-Perot cavity 2 the reference light and output light in different optical paths,
それらの透過光又は反射光も異なる光路で取りだす構成であった。 It was also those of the transmitted light or reflected light configured to extract at different optical paths. そのため、ファブリペロー共振器2に基準光及び出力光が入射されるポイントが異なるので、ファブリペロー共振器2のそれらの光が入射される2つのポイントの温度特性等が同じでない場合は、安定化について問題がでる可能性がある。 Therefore, since the point of the Fabry-Perot resonator 2 is the reference light and the output light is incident is different, if the temperature characteristics of two points their light of the Fabry-Perot resonator 2 is incident are not the same, stabilized there is a possibility that the problem is out for.

【0033】そこで、第3実施例は、ファブリペロー共振器2に入射される基準光及び出力光を同一光路で入射させ、同一光路で透過光又は反射光を取りだす構成にし、温度変化に対する制御を容易にし、周波数の安定化を図ったものである。 [0033] Therefore, the third embodiment, the reference light and the output light is incident on the Fabry-Perot resonator 2 is incident on the same optical path, a configuration of taking out the transmitted or reflected light in the same optical path, the control for the temperature change to facilitate, in which to stabilize the frequency.

【0034】図4に第3実施例の一構成例を示す。 [0034] FIG 4 shows an example of the configuration of the third embodiment. 図4 Figure 4
において、合波手段7は、基準光源1からの基準光と出力用光源4からの出力光を合波して1つの光路に形成してファブリペロー共振器2に入射する。 In, multiplexing means 7 is incident on the Fabry-Perot resonator 2 is formed on one optical path the output optical multiplexing to from the reference light and the output light source 4 from the reference light source 1. その合波した光に対するファブリペロー共振器2からの透過光を分波手段8で受けて、基準光に対する第1の透過光を第1の光検出器へ、出力光に対する第2の透過光を第2の検出器へ送出する。 The transmitted light from the Fabry-Perot resonator 2 for the coupled optical receiving by demultiplexing means 8, the first transmitted light to the reference light to the first photodetector, the second transmitted light to the output light and it sends to the second detector. その他の構成及び動作は第1実施例と同じである。 Other configurations and operations are the same as the first embodiment.

【第4実施例】 [Fourth embodiment]

【0035】図5に第4実施例の構成を示す。 [0035] FIG. 5 shows the configuration of a fourth embodiment. 第4実施例は、光領域において、種々の周波数の光を出力する、 The fourth embodiment, in the optical domain, and outputs the light of various frequencies,
いわゆる光周波数シンセサイザの構成例である。 It is a configuration example of a so-called optical frequency synthesizer. 図5において、構成1は、図1に示す本発明の実施例の構成であり、構成2は、図8の従来例の構成の一部(図8のスレーブ半導体レーザを含むループ)である。 5, arrangement 1 is a configuration of an embodiment of the present invention shown in FIG. 1, structure 2 is part of a conventional configuration of FIG. 8 (loop including a slave semiconductor laser shown in FIG. 8). 図5において、図8における要部の符号と同一符号を有する要部は、機能、動作も同一である。 5, a main portion having a sign the same reference numerals of the main part in FIG. 8, functions, operation is also the same. したがって、詳細説明は、第1実施例及び従来技術の説明に譲り、ここでは、 Therefore, detailed description, inheritance in the description of the first embodiment and the prior art, where,
光周波数シンセサイザとしての主な動作を説明する。 Describing the main operation of an optical frequency synthesizer.

【0036】構成1の、出力用光源4は、先の説明のように、例えば2nL=10GHz(共振器長L=15m The structure 1, the output light source 4, as in the previous description, e.g. 2nL = 10 GHz (cavity length L = 15 m
m、屈折率n=1)間隔で安定化した周波数の出力光を出力できる構成にし、基準発振器113 の周波数を可変できる構成にする。 m, the refractive index n = 1) a configuration capable of outputting the output light of a frequency stabilized with intervals, a configuration that can vary the frequency of the reference oscillator 113. このようにすれば、スレーブ半導体10 In this way, the slave semiconductor 10
8 が出力する光の周波数ステップは、構成1によって1 Frequency step of the light 8 is output configuration 1 by 1
0GHzステップで得られ、更に細かい周波数間隔は、 Obtained in 0GHz step, the finer frequency spacing,
基準発振器113 の可変によって得られる。 Obtained by the variable reference oscillator 113.

【0037】 [0037]

【発明の効果】本発明は、基準光源の安定な周波数に光学共振器の光学的な共振周波数を共振させて安定化し、 According to the present invention, a stable frequency of the reference light source by resonating an optical resonant frequency of the optical resonator stabilizes,
さらに出力用光源から出力される出力光の周波数を、光学共振器が有する周期的な間隔で存在する周波数に選択的に安定化できる構成を備えたことから、従来になく広い範囲に亘って、容易に、安定した周波数を有する光を得ることができる効果がある。 Moreover the frequency of the output light output from the output light source, since having a selectively be stabilized configuration frequencies present at periodic intervals in which the optical resonator has, over a wide range than ever, easily, there is an effect that it is possible to obtain light having a stable frequency.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】(a) 本発明の第1実施例の構成を示す図、 1 (a) illustrates a configuration of a first embodiment of the present invention,

【図1】(b) 本発明の第1実施例の同調制御手段の他の実施例を示す図、 [1] (b) shows another embodiment of a tuning control means in the first embodiment of the present invention,

【図2】 ファブリペロー共振器の透過特性を示す図、 FIG. 2 shows the transmission characteristics of the Fabry-Perot resonator,

【図3】 第2実施例の構成を示す図、 FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a second embodiment,

【図4】 第3実施例の構成を示す図、 4 is a diagram showing the configuration of a third embodiment,

【図5】 第4実施例の構成を示す図、 5 is a diagram showing the configuration of a fourth embodiment,

【図5】 第4実施例の構成を示す図、 5 is a diagram showing the configuration of a fourth embodiment,

【図6】 従来技術の構成を示す図、 6 shows a prior art arrangement,

【図7】 従来技術の動作を説明するための図、 7 is a diagram for explaining the operation of the prior art,

【図8】 オフ・セット・ロック法による従来技術の構成を示す図。 FIG. 8 is a diagram showing a prior art arrangement due to the off-set lock method.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1:基準光源、 2:ファブリペロー共振器(光学共振器)、 3:共振安定化手段、 3a:第1の光検出器、 3b,5b,104:ロックインアンプ、 3c,5c,105,115:PID制御部、 3d:駆動手段、 4:出力用光源、 5:同調制御手段、 5a:第2の光検出器、 5d:比較手段、 6,7,101,109:分岐手段、 8:合波手段、 9:分波手段、 100:半導体レーザ、 102:吸収セル、 103,111:光検出器、 106:発振器、 107:加算器、 108:スレーブ半導体レーザ、 110:合成手段、 112:プリスケーラ、 113:基準発振器、 114:位相比較器、 116:マスター半導体レーザ。 1: reference light source, 2: Fabry-Perot resonator (optical resonator), 3: resonance stabilization means, 3a: first photodetector, 3b, 5b, 104: lock-in amplifier, 3c, 5c, 105, 115 : PID controller, 3d: driving means 4: output light source, 5: tuning control means 5a: second photodetector, 5d: comparing means, 6,7,101,109: branching means, 8: synthetic wave means, 9: demultiplexing means, 100: semiconductor laser, 102: absorption cell, 103, 111: optical detector, 106: oscillator, 107: adder, 108: slave semiconductor laser, 110: combining unit, 112: prescaler , 113: reference oscillator, 114: phase comparator, 116: master semiconductor laser.

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】安定な周波数を有する基準光を出力する基準光源(1)と、 光を透過する透過周波数が周期的に存在する透過特性を有し、前記基準光を受けて前記透過特性に応答した第1 1. A as a reference light source (1) for outputting a reference light having a stable frequency, has a transmission characteristic that transmission frequency for transmitting light is present periodically, the transmission characteristic by receiving the reference light the response 1
    の光を出力する光学共振器(2)と、前記第1の光を受けて前記光学共振器の透過周波数を前記基準光の周波数になるように前記光学共振器を制御する共振安定化手段(3)と、前記光学共振器に出力光を入射する出力用光源(4)と、前記出力光が前記光学共振器の透過特性に応答して出力される第2の光を受けて前記光学共振器が透過可能な複数周波数のうちの一の周波数に前記出力光がなるように前記出力用光源を制御する同調制御手段(4)とを備えた周波数安定化光源。 Optical resonator for outputting a light (2), the first resonance stabilizing means for controlling said optical resonator so as to receive light comprising the transmission frequency of the optical resonator to the frequency of the reference light ( and 3), the output light source which enters the output light to the optical resonator (4), said optical resonator receives the second light the output light is outputted in response to the transmission characteristic of the optical resonator vessel is frequency-stabilized light source with a tuning control means (4) for controlling the output light source such that the output light becomes one frequency of a plurality of frequencies that can be transmitted.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009010547A (en) * 2007-06-27 2009-01-15 Hitachi High-Technologies Corp Magnetic field measuring apparatus
JP2013201166A (en) * 2012-03-23 2013-10-03 Toshiba Corp Resonator control device

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